第三章集成門電路與觸發(fā)器

1、第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器第第 三三 章章集集 成成 門門 電電 路路 與與 觸觸 發(fā)發(fā) 器器1第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器集成門電路和觸發(fā)器等邏輯器件是實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)功能的集成門電路和觸發(fā)器等邏輯器件是實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，人們把實現(xiàn)各種邏輯功能的元器件及其連線都集中制造在同一塊半導體材料小片上，并封裝在一個殼體中，通過引線與外界聯(lián)系，即構(gòu)成所謂的集成集成電路塊，電路塊，通常又稱為通常又稱為集成電路芯片集成電路芯片。 采用集成電路進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)點：優(yōu)點：可靠性高、可維性好、功耗低、成本低等優(yōu)點，可以大可靠

2、性高、可維性好、功耗低、成本低等優(yōu)點，可以大大簡化設(shè)計和調(diào)試過程。大簡化設(shè)計和調(diào)試過程。2第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 本章知識要點本章知識要點: 半導體器件的開關(guān)特性；半導體器件的開關(guān)特性；邏輯門電路的功能、外部特性及使用方法；邏輯門電路的功能、外部特性及使用方法；常用觸發(fā)器的功能、觸發(fā)方式與外部工作特性。常用觸發(fā)器的功能、觸發(fā)方式與外部工作特性。3第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 3.1 數(shù)字集成電路的分數(shù)字集成電路的分類類數(shù)字集成電路通常按照所用半導體器件的不同或者根據(jù)集成規(guī)模的大小進行分類。一、根據(jù)所采用的半導體器件進行分類一、根據(jù)所采用的半導體

3、器件進行分類 根據(jù)所采用的半導體器件，數(shù)字集成電路可以分為兩大類。兩大類。1.雙極型集成電路：雙極型集成電路：采用雙極型半導體器件作為元件。主要特點是速度快、負載能力強，但功耗較大、速度快、負載能力強，但功耗較大、 集成度較低。集成度較低。2.單極型集成電路單極型集成電路(又稱為又稱為MOS集成電路集成電路): 采用金屬-氧化物半導體場效應(yīng)管(Metel Oxide Semiconductor Field Effect Transister)作為元件。主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、集結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、集成度高、功耗低，但速度較慢。成度高、功耗低，但速度較慢。4第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器

4、集成門電路與觸發(fā)器雙極型集成電路又可進一步可分為：雙極型集成電路又可進一步可分為：TTL(Transistor Transistor Logic)電路；電路；ECL(Emitter Coupled Logic)電路；電路；I2L(Integrated Injection Logic)電路。電路。TTL電路的電路的“性能價格比性能價格比”最佳，應(yīng)用最廣泛。最佳，應(yīng)用最廣泛。MOS集成電路又可進一步分為：集成電路又可進一步分為：PMOS( P-channel Metel Oxide Semiconductor)；NMOS(N-channel Metel Oxide Semiconductor)；C

5、MOS(Complement Metal OxideSemiconductor)。CMOS電路應(yīng)用較普遍，因為它不但適用于通用邏輯電電路應(yīng)用較普遍，因為它不但適用于通用邏輯電路的設(shè)計，而且綜合性能最好路的設(shè)計，而且綜合性能最好 。5第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、根據(jù)集成電路規(guī)模的大小進行分類二、根據(jù)集成電路規(guī)模的大小進行分類通常根據(jù)一片集成電路芯片上包含的邏輯門個數(shù)或元件個數(shù)，分為 SSI 、MSI 、LSI 、VLSI。 1. SSI (Small Scale Integration ) 小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路:邏輯門數(shù)小于10 門(或元件數(shù)小于100個)；2.

6、 MSI (Medium Scale Integration ) 中規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路:邏輯門數(shù)為10 門99 門(或元件數(shù)100個999個)；3. LSI (Large Scale Integration ) 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路:邏輯門數(shù)為100 門9999 門(或元件數(shù)1000個99999個)；4. VLSI (Very Large Scale Integration) 超大規(guī)模集超大規(guī)模集成電路成電路:邏輯門數(shù)大于10000 門(或元件數(shù)大于100000個)。 6第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器三、根據(jù)設(shè)計方法和功能定義分類三、根據(jù)設(shè)計方法和功能定義分

7、類1. 非用戶定制電路（標準集成電路）非用戶定制電路（標準集成電路）: 生產(chǎn)量大、使用廣泛、價格便宜，如：各種通用集成生產(chǎn)量大、使用廣泛、價格便宜，如：各種通用集成電路產(chǎn)品。電路產(chǎn)品。 2.全用戶定制電路（專用集成電路）全用戶定制電路（專用集成電路） 專為滿足某種用戶要求而設(shè)計的，可靠性高、保密性專為滿足某種用戶要求而設(shè)計的，可靠性高、保密性好，但設(shè)計費用高、銷售量小。好，但設(shè)計費用高、銷售量小。 3.半用戶定制電路半用戶定制電路由廠家生產(chǎn)出功能不確定的集成電路，再由用戶根據(jù)要由廠家生產(chǎn)出功能不確定的集成電路，再由用戶根據(jù)要求進行適當處理，令其實現(xiàn)指定功能。求進行適當處理，令其實現(xiàn)指定功能。7

8、第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器一、一、PNPN結(jié)內(nèi)部載流子的運動結(jié)內(nèi)部載流子的運動P P型半導體（空穴是多子，電子是少子）和型半導體（空穴是多子，電子是少子）和N N型半型半半導體（電子是多子，空穴是少子）結(jié)合在一起時，半導體（電子是多子，空穴是少子）結(jié)合在一起時，由于交界處多子和少子的濃度有很大的差別，由于交界處多子和少子的濃度有很大的差別，N N區(qū)的區(qū)的電子向電子向P P區(qū)運動（擴散運動），擴散到區(qū)運動（擴散運動），擴散到P P區(qū)的電子因區(qū)的電子因在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成邊形成N N型（型（Negativ

9、e)Negative)半導體，另一邊形成半導體，另一邊形成P P型型( (Positive)Positive)半導體，那么就在兩種半導體的交界面半導體，那么就在兩種半導體的交界面附近形成了附近形成了PNPN結(jié)結(jié)3. 2 半導體器件的開關(guān)特性半導體器件的開關(guān)特性3.2.0 PN3.2.0 PN結(jié)結(jié)8第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器與空穴復(fù)合而消失。同樣與空穴復(fù)合而消失。同樣P P區(qū)的空穴也向區(qū)的空穴也向N N區(qū)擴散，區(qū)擴散，且與且與N N區(qū)中的電子復(fù)合。這樣在交界面就出現(xiàn)了不區(qū)中的電子復(fù)合。這樣在交界面就出現(xiàn)了不能移動的帶電離子組成的空間電荷區(qū)。能移動的帶電離子組成的空間電荷區(qū)

10、。9第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器10第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、二、PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦约诱螂妷簳r（正偏），加正向電壓時（正偏），多子被推向耗盡層，結(jié)多子被推向耗盡層，結(jié)果耗盡層變窄，有利于果耗盡層變窄，有利于多子的擴散而不利于少多子的擴散而不利于少子的漂移。多子的擴散子的漂移。多子的擴散電流通過回路形成正向電流通過回路形成正向電流。在外電場的作用下，耗盡層兩端的電位差變電流。在外電場的作用下，耗盡層兩端的電位差變?。泓c幾伏），所以不大的正向電壓就可以產(chǎn)生?。泓c幾伏），所以不大的正向電壓就可以產(chǎn)生相當大的電流。相當大的電流。

11、耗盡層耗盡層U UR RI I內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場+ +- -P P區(qū)區(qū)N N區(qū)區(qū)11第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器耗盡層耗盡層U UR RI IS S內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場- -+ +PNPN結(jié)加反向電壓時，結(jié)加反向電壓時，也稱反偏。此時外電場也稱反偏。此時外電場使耗盡層變寬，加強了使耗盡層變寬，加強了內(nèi)電場。結(jié)果阻止了多內(nèi)電場。結(jié)果阻止了多子的擴散，促使了少子子的擴散，促使了少子的漂移，在回路中形成的漂移，在回路中形成反向電流反向電流I IS S。由于少子的濃度很低，并且溫度一定時少子的濃由于少子的濃度很低，并且溫度一定時少子的濃度不變，所以反向電流不但很小，且基

12、本不隨外加度不變，所以反向電流不但很小，且基本不隨外加反向電壓的增加而增加，故稱為反向飽和電流反向電壓的增加而增加，故稱為反向飽和電流I IS S。P P區(qū)區(qū)N N區(qū)區(qū)12第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器總之，總之，PNPN結(jié)加正向電壓時，形成較大的正向電流；結(jié)加正向電壓時，形成較大的正向電流；而在加反向電壓時，反向電流很小，這種特性稱為而在加反向電壓時，反向電流很小，這種特性稱為單向?qū)щ娦?。單向?qū)щ娦浴?3第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和MOS管等器件一般是管等器件一般是以開關(guān)方式運用的，其工

13、作狀態(tài)相當于相當于開關(guān)的以開關(guān)方式運用的，其工作狀態(tài)相當于相當于開關(guān)的“接通接通”與與“斷開斷開”。研究這些器件的開關(guān)特性時，不僅要研究它們的靜止特性靜止特性，而且還要分析它們的動態(tài)特性動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指靜態(tài)特性是指二極管在導通和截止兩種穩(wěn)定狀態(tài)下的特性。二極管在導通和截止兩種穩(wěn)定狀態(tài)下的特性。3.2.1 晶體二極管的開關(guān)特性晶體二極管的開關(guān)特性一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性 14第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器典型二極管的靜態(tài)特性曲線典型二極管的靜態(tài)特性曲線(又稱伏安特性曲線又稱伏安特性曲線) ：1. 正向特性正向特性門檻電壓門檻電壓 ( VTH )：使二極管開始導通的正向電

14、壓，又稱為閾值電壓 (一般鍺管約0.1V，硅管約0.5V)。 正向電壓正向電壓 VD VTH ：管子截止，電阻很大、正向電流 IF 接近于 0， 二極管類似于開關(guān)的斷開狀態(tài) ； 正向電壓正向電壓 VD = VTH ：管子開始導通，正向電流 IF 開始上升； 正向電壓正向電壓 VD VTH (一般鍺管為一般鍺管為0.3V，硅管為，硅管為0.7V) ：管子充分導通， 電阻很小，正向電流IF 急劇增加，二極管類似于開關(guān)的接 通狀態(tài)。使二極管充分導通的電壓為導通電壓，用VF表示。15第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 2 反向特性反向特性 二極管在反向電壓VR 作用下，處于截止狀態(tài)，反

15、向電阻很大，反向電流 IR 很小（將其稱為反向飽和電流，用 IS 表示，通常可忽略不計 ），二極管的狀態(tài)類似于開關(guān)斷開。二極管的狀態(tài)類似于開關(guān)斷開。而且反向電壓在一定范圍內(nèi)變化基本不引起反向電流的變化。注意事項：注意事項： 正向?qū)〞r可能因電流過大而導致二極管燒壞。組成實際電路時通常要串接一只電阻 R，以限制二極管的正向電流； 反向電壓超過某個極限值時，將使反向電流IR突然猛增，致使二極管被擊穿（通常將該反向電壓極限值稱為反向擊反向擊穿電壓穿電壓VBR），一般不允許反向電壓超過此值。16第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二極管組成的開關(guān)電路圖如圖（a）所示。二極管導通狀態(tài)下的等

16、效電路如圖(b)所示，截止狀態(tài)下的等效電路如圖(c)所示，圖中忽略了二極管的正向壓降。 二極管開關(guān)電路及其等效電路DU0RR斷開R關(guān)閉(a)(b)(c)由于二極管的單向?qū)щ娦?，所以在?shù)字電路中經(jīng)常把它由于二極管的單向?qū)щ娦?，所以在?shù)字電路中經(jīng)常把它當作開關(guān)使用。當作開關(guān)使用。17第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、二、 動態(tài)特性動態(tài)特性二極管的動態(tài)特性是指二極管在導通與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)二極管的動態(tài)特性是指二極管在導通與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的特性，它表現(xiàn)在完成兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要一換過程中的特性，它表現(xiàn)在完成兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要一定的時間。為此，引入了定的時間。為此，引入了

17、反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間和和開通時間開通時間的概念。的概念。1. 反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間：反向恢復(fù)時間：二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂顾枰臅r間稱為反向恢復(fù)時間。反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間tre=存儲時間存儲時間ts+渡越時間渡越時間tt18第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 2. 開通時間開通時間開通時間：開通時間：二極管從反向截止到正向?qū)ǖ臅r間稱為開通時間。 二極管的開通時間很短，對開關(guān)速度影響很小，相二極管的開通時間很短，對開關(guān)速度影響很小，相對反向恢復(fù)時間而言幾乎可以忽略不計。對反向恢復(fù)時間而言幾乎可以忽略不計。19第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路

18、與觸發(fā)器 3.2.2 晶體三極管的開關(guān)特性晶體三極管的開關(guān)特性晶體三極管基本結(jié)構(gòu)晶體三極管基本結(jié)構(gòu)20第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器晶體三極管基本符號晶體三極管基本符號21第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高22第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)B BE EC CN NN NP P發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極+ + + + + + + + + + + + + _ _

19、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + + + + + 基極基極23第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器電流放大原理電流放大原理B BE EC CN NN NP PE EB BR RB BE Ec c發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射偏，發(fā)射區(qū)電子不區(qū)電子不斷向基區(qū)斷向基區(qū)擴散，形擴散，形成發(fā)射極成發(fā)射極電流電流I IE E。I IE E進入進入P P區(qū)的電子少區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電穴復(fù)合，形成電流流I IB B ，多數(shù)擴，多數(shù)擴散到集電結(jié)。散到集電結(jié)。I IB B

20、24第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器B BE EC CN NN NP PE EB BR RB BEcI IE E從基區(qū)擴散來的從基區(qū)擴散來的電子漂移進入集電子漂移進入集電結(jié)而被收集，電結(jié)而被收集，形成形成I IC C。I IC CI IC CI IB B要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。集電結(jié)反偏。25第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器晶體三極管的開關(guān)特性晶體三極管的開關(guān)特性根據(jù)兩個PN結(jié)的偏置極性，三極管有截止、放大、飽和截止、放大、飽和3種工作狀態(tài)。一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性(以以NPN型為例型為例)

21、26第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3. 飽和狀態(tài)飽和狀態(tài) ： uB 0，兩個，兩個PN結(jié)均為正偏，結(jié)均為正偏，iB IBS(基極臨基極臨界飽和電流界飽和電流) UCC/Rc ,此時此時iC = ICS(集電極飽和電流集電極飽和電流)UCC/Rc。三極管呈現(xiàn)低阻抗，類似于開關(guān)接通。三極管呈現(xiàn)低阻抗，類似于開關(guān)接通。1. 截止狀態(tài)：截止狀態(tài)： uB0，兩個，兩個PN結(jié)均為反偏，結(jié)均為反偏，iB0,iC 0,uCE UCC。三極管呈現(xiàn)高阻抗，類似于開關(guān)斷開。三極管呈現(xiàn)高阻抗，類似于開關(guān)斷開。 2. 放大狀態(tài)放大狀態(tài) ； uB0，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，iC

22、 =iB 。工作特點工作特點27第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器晶體三極管在截止與飽和這兩種穩(wěn)態(tài)下的特性稱為三極晶體三極管在截止與飽和這兩種穩(wěn)態(tài)下的特性稱為三極管的靜態(tài)開關(guān)特性。管的靜態(tài)開關(guān)特性。在數(shù)字邏輯電路中，三極管相當于一個由基極信號控制的在數(shù)字邏輯電路中，三極管相當于一個由基極信號控制的無觸點開關(guān)，其作用對應(yīng)于觸點開關(guān)的無觸點開關(guān)，其作用對應(yīng)于觸點開關(guān)的“閉合閉合”與與“斷開斷開”。電路在三極管截止截止與飽和飽和狀態(tài)下的等效電路如下:28第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中具有的特性晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)

23、換過程中具有的特性稱為三極管的動態(tài)特性。稱為三極管的動態(tài)特性。三極管的開關(guān)過程和二極管一樣，管子內(nèi)部也存在著電荷的建立與消失過程。因此，兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換也需要一定的時間才能完成。二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性29第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 1開通時間開通時間（ ton ） 開通時間：開通時間：三極管從截止狀態(tài)到飽和狀態(tài)所需要的時間。時間時間ton =延遲時間延遲時間td +上升時間上升時間tr 2. 關(guān)閉時間關(guān)閉時間 （ toff ） 關(guān)閉時間關(guān)閉時間 ：三極管從飽和狀態(tài)到截止狀態(tài)所需要的時間。關(guān)閉時間關(guān)閉時間toff =存儲時間存儲時間ts +下降時間下降時間tf 開通時間t

24、on和關(guān)閉時間toff是影響電路工作速度的主要因素。30第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.2.3 MOS管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性 MOS管作為開關(guān)元件，同樣是工作在截止或?qū)▋煞N狀態(tài)。MOS管是電壓控制元件，主要由柵源電壓管是電壓控制元件，主要由柵源電壓vGS決定其工決定其工作狀態(tài)。作狀態(tài)。 （1 1） 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)P PGSDP P型基底型基底兩個兩個N N區(qū)區(qū)SiOSiO2 2絕緣層絕緣層金屬鋁金屬鋁N N導電溝道導電溝道N NN N31第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器工作特性如下：工作特性如下：當當VGS開啟電壓開啟電壓VTN時：

25、時：MOS管工作在截止區(qū)，輸出電壓vDS VDD，MOS管處于“斷開”狀態(tài);當當VDSVGSVTN時：時：MOS管工作在導通區(qū)，輸出電壓vDS 0V，MOS管處于“接通”狀態(tài)。32第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器為了提高為了提高MOS器件的工作速度，引入了器件的工作速度，引入了CMOS電路。電路。在在CMOS電路中，由于充電電路和放電電路都是低阻電電路中，由于充電電路和放電電路都是低阻電路，因此，其充、放電過程都比較快，從而使路，因此，其充、放電過程都比較快，從而使CMOS電路有電路有較高的開關(guān)速度。較高的開關(guān)速度。二、動態(tài)特性二、動態(tài)特性MOS管本身導通和截止時電荷積累和消

26、散的時間很小。 動態(tài)特性主要取決于電路中雜散電容充、放電所需動態(tài)特性主要取決于電路中雜散電容充、放電所需的時間。的時間。 33第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 3.3 3.3邏邏 輯輯 門門 電電 路路實現(xiàn)基本邏輯運算和常用復(fù)合邏輯運算的邏輯器件統(tǒng)稱實現(xiàn)基本邏輯運算和常用復(fù)合邏輯運算的邏輯器件統(tǒng)稱為為邏輯門電路，邏輯門電路，它們是組成數(shù)字系統(tǒng)的基本單元電路。它們是組成數(shù)字系統(tǒng)的基本單元電路。 學習時應(yīng)重點掌握集成邏輯門電路的功能和外部特性，學習時應(yīng)重點掌握集成邏輯門電路的功能和外部特性，以及器件的使用方法。對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理只要求作一以及器件的使用方法。對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作

27、原理只要求作一般了解。般了解。34第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.3.1 簡單邏輯門電路簡單邏輯門電路真真 值值 表表功功 能能 表表35第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.3.1 簡單邏輯門電路簡單邏輯門電路36第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.3.1 簡單邏輯門電路簡單邏輯門電路37第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.3.1 簡單邏輯門電路簡單邏輯門電路38第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 圖中，負電源UB的作用是保證輸入ui為低電平時晶體管T能可靠截止。二極管DQ和電源UQ組成鉗位電路，使輸出

28、高電平穩(wěn)定在規(guī)定的標準值( 3. 2V )。 電路中給定的參數(shù)可以保證當輸入ui為高電平3.2V時晶體管T可靠飽和導通，輸出電壓 uO = UCES 0.3V，為低電平；而當ui為低電平0.3V時,T可靠截止，輸出電壓uO等于鉗位電源UQ與鉗位二極管DQ的導通壓降之和，即uO=2.5V+0.7V=3.2V，為高電平。 輸出與輸入之間滿足邏輯“非”的關(guān)系，實現(xiàn)了反相器的功能。39第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器1. 灌電流負載灌電流負載 一個帶有兩個灌電一個帶有兩個灌電流負載的晶體管反相器流負載的晶體管反相器電路如右圖所示。電路如右圖所示。二二. 反相器的負載能力反相器的負載能

29、力 反相器負載：反相器負載：是指反相器輸出端所連接的其他電路?？?分 為兩種情況： 灌電流負載：灌電流負載：是指負載電流IL從負載流入反相器。 拉電流負載：拉電流負載：是指負載電流IL從反相器流入負載。40第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 反相器輸出低電平時，負載電流IL流入T的集電極，形成灌電流負載。集電極電流IC =IRc+IL, IL 隨負載個數(shù)的增加而增大。 當IC 隨著IL 的增加而變大時，對應(yīng)的基極飽和電流 IBS 也變大，三極管的飽和程度減輕。一旦因IL繼續(xù)增加而破壞Ib IBS（基極臨界飽和電流）這一關(guān)系時，T將由飽和狀態(tài)進入放大狀態(tài)，輸出電壓uO 就會隨著管

30、壓降uce的上升而變高，從而偏離輸出標準低電平，嚴重時將破壞反相器的邏輯功能。 為了使反相器正常工作，在帶灌電流負載的情況下，不能為了使反相器正常工作，在帶灌電流負載的情況下，不能破壞條件破壞條件IbIBS。通常用。通常用ILmax 表示三極管從飽和退到臨界飽和表示三極管從飽和退到臨界飽和時所允許灌入的最大負載電流。時所允許灌入的最大負載電流。 ILmax反映了三極管帶灌電流負反映了三極管帶灌電流負載的能力，即限制了反相器帶負載的數(shù)量。載的能力，即限制了反相器帶負載的數(shù)量。 三極管T截止時，反相器輸出uO為高電平(3.2V)，負載電流IL和IRc都流入鉗位電源UQ，對輸出無影響。41第三章第三

31、章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器2. 拉電流負載拉電流負載 一個帶拉電流負載的晶體管反相器電路如下圖所示。圖中，虛線框中為負載等效電路。 圖中的拉電流負載將對電路工作產(chǎn)生何影響呢？下面圖中的拉電流負載將對電路工作產(chǎn)生何影響呢？下面分截止和導通兩種情況討論。分截止和導通兩種情況討論。42第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 三極管截止時，Ic 0 ，IRc= IL + IQ，假設(shè)輸出uo = 3.2V不變，則 IRc =(UCC - 3.2V)/Rc是一個定值。 隨著負載電流IL的增加，IQ必然減小，當IL IRc時，IQ 0，此時鉗位二極管失去作用。若IL 繼續(xù)增大，則I

32、Rc 將不再是定值而是隨之增大，從而使Rc上壓降增大，致使輸出電壓u o降低。因此，反相器的最大拉電流應(yīng)小于IRc，即 ILmax IRc (UCC - 3.2V)/Rc 三極管T截止：反相器輸出為高，電流IL從反相器中流出來，形成拉電流負載。 三極管T飽和導通：輸出低電平 uo 0.3V，IQ= 0, Irc = I L + Ic ，IL增大，Ic變小，這有利于飽和。但要求IL不超過IRc最大值，否則將破壞反相器的正常工作。43第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.3.2 TTL 集成邏輯門電路集成邏輯門電路TTL(Transistor Transistor Logic)電路

33、是晶體電路是晶體管管-晶體管邏輯電路的簡稱。晶體管邏輯電路的簡稱。TTL電路的功耗大、線路較復(fù)雜，使其集成度受到電路的功耗大、線路較復(fù)雜，使其集成度受到一定的限制，故廣泛應(yīng)用于一定的限制，故廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模邏輯電路中小規(guī)模邏輯電路中。中。下面，對幾種常見TTL門電路進行介紹，重點討論TTL與非門。44第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器一、典型一、典型TTL與非門與非門 該電路可按 圖中虛線劃分為三部分：三部分：輸入級輸入級 由多發(fā)射極晶體管T1和電阻R1組成；中間級中間級 由晶體管T2和電阻R2、R3組成；輸出級輸出級 由晶體管T3、T4、D4和電阻R4、R5組成。1. 電路

34、結(jié)構(gòu)及工作原理電路結(jié)構(gòu)及工作原理 (1) 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)典型TTL與非門電路圖及相應(yīng)邏輯符號如右圖所示。45第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器(2) 工作原理工作原理邏輯功能分析如下：邏輯功能分析如下： 輸入端全部接高電平輸入端全部接高電平(3.6V)：電源電源V Vcccc通過通過R R1 1和和T T1 1的集電結(jié)的集電結(jié)向向T T2 2提供足夠的基極電流，使提供足夠的基極電流，使T T2 2飽和導通。飽和導通。T T2 2的發(fā)射極電流在的發(fā)射極電流在R R3 3上產(chǎn)生的上產(chǎn)生的壓降又使壓降又使 T T4 4 飽和導通，輸出為低電平飽和導通，輸出為低電平(0.3V)(0.

35、3V)。 實現(xiàn)了實現(xiàn)了“輸入全高輸入全高 ，輸出為低，輸出為低”的邏輯關(guān)系。的邏輯關(guān)系。當有輸入端接低電平當有輸入端接低電平(0.3V)時：時：輸入端接低電平的發(fā)射結(jié)導輸入端接低電平的發(fā)射結(jié)導通，使通，使T1的基極電位的基極電位Vb1=0.3V+0.7V=1V。該電壓作用于。該電壓作用于T1的集電結(jié)和的集電結(jié)和T2、T4的發(fā)射結(jié)上，不可能使的發(fā)射結(jié)上，不可能使T2和和T4導通。導通。由于由于T2截止，電源截止，電源VCC通過通過R2驅(qū)動驅(qū)動T3和和D4管，使之工作在導通狀態(tài)，電路輸出為高電平管，使之工作在導通狀態(tài)，電路輸出為高電平(3.6V)。 實現(xiàn)了實現(xiàn)了“輸入有低，輸出為高輸入有低，輸出為

36、高”的邏輯功能。的邏輯功能。46第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 歸納：歸納：當輸入當輸入A A、B B、C C均為高電平時，輸出為低電平均為高電平時，輸出為低電平(0V)(0V)；當；當A A、B B、C C中至少有一個為低電平時，輸出為高電中至少有一個為低電平時，輸出為高電平平(3.6V)(3.6V)。輸出與輸入之間為。輸出與輸入之間為“與非與非”邏輯，即邏輯，即ABCF 47第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器2. 主要外部特性參數(shù)主要外部特性參數(shù)TTL與非門的主要外部特性參數(shù)有輸出邏輯電平、開門電平、關(guān)門電平、扇入系數(shù)、扇出系數(shù)、平均傳輸時延和空載功耗等

37、。 (2) 輸出低電平輸出低電平VOL：輸出低電平輸出低電平VoLVoL是指輸入全為高電平時的輸是指輸入全為高電平時的輸 出電平。出電平。VOLVOL的典型值是的典型值是0.3V0.3V。輸出高電平輸出高電平VOH ：指至少有一個輸入端接低電平時的輸出電指至少有一個輸入端接低電平時的輸出電 平。平。V VOHOH的典型值是的典型值是3.6V3.6V。 (3) 開門電平開門電平VO N ：指在額定負載下，使輸出電平達到標準低電平指在額定負載下，使輸出電平達到標準低電平 V VSLSL的輸入電平，它表示使與非門開通的最小輸?shù)妮斎腚娖?，它表示使與非門開通的最小輸 入電平。典型值是入電平。典型值是1.

38、51.5。VON越小，在輸入高電平時的抗干擾能力越強。它反映了輸入高電平時的越小，在輸入高電平時的抗干擾能力越強。它反映了輸入高電平時的抗干擾能力?？垢蓴_能力。48第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器(4) 關(guān)門電平關(guān)門電平VOFF ：指輸出空載時，使輸出電平達到標準高電平指輸出空載時，使輸出電平達到標準高電平V VSHSH的的 輸入電平，它表示使與非門關(guān)斷所允許的最大輸輸入電平，它表示使與非門關(guān)斷所允許的最大輸 入電平。典型值是入電平。典型值是1.31.3。VOFF越大，在輸入低電平時的抗干擾能力越強。它反映了輸入低電平時的抗干擾越大，在輸入低電平時的抗干擾能力越強。它反映了輸

39、入低電平時的抗干擾能力。能力。(5) 扇入系數(shù)扇入系數(shù)Ni ：指與非門允許的輸入端數(shù)目。一般指與非門允許的輸入端數(shù)目。一般2525個，不超過個，不超過8 8個個(6) 扇出系數(shù)扇出系數(shù)No：指與非門輸出端連接同類門的最多個數(shù)。反映了與非指與非門輸出端連接同類門的最多個數(shù)。反映了與非 門的帶負載能力。門的帶負載能力。(7) 輸入短路電流輸入短路電流IiS ：指當與非門的某一個輸入端接地而其余輸入指當與非門的某一個輸入端接地而其余輸入 端端 懸空時，流過接地輸入端的電流。懸空時，流過接地輸入端的電流。 (8) 高電平輸入電流高電平輸入電流IiH：指某一輸入端接高電平，而其他輸入端接地指某一輸入端接

40、高電平，而其他輸入端接地 時，流入高電平輸入端的電流，又稱為輸入時，流入高電平輸入端的電流，又稱為輸入 漏電流。漏電流。49第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 (9) 平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間tpd: 指一個矩形波信號從與非門輸入端傳到與指一個矩形波信號從與非門輸入端傳到與 非門輸出端非門輸出端(反相輸出反相輸出)所延遲的時間。通常所延遲的時間。通常 將從輸入波上沿中點到輸出波下沿中點的將從輸入波上沿中點到輸出波下沿中點的 時間延遲稱為時間延遲稱為導通延遲時間導通延遲時間tpdL；從輸入；從輸入 波下沿中點到輸出波上沿中點的時間延遲波下沿中點到輸出波上沿中點的時間延遲

41、稱為稱為截止延遲時間截止延遲時間tpdH。平均延遲時間為平均延遲時間為 ：tpd = ( tpdL+ tpdH )/2(10) 平均功耗平均功耗P：指與非門空載時電源總電流指與非門空載時電源總電流I ICCCC和電源電壓和電源電壓V VCCCC的乘積。的乘積。 輸出為低電平時的功耗稱為空載導通功耗輸出為低電平時的功耗稱為空載導通功耗P PONON，輸出為，輸出為 高電平時的功耗稱為空載截止功耗高電平時的功耗稱為空載截止功耗P POFFOFF 。平均功耗為：平均功耗為： P =(PON + POFF)/2 50第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 3. TTL與非門集成電路芯片與非

42、門集成電路芯片TTL與非門集成電路芯片種類很多，常用的TTL與非門集成電路芯片有7400和7420等。7400的引腳分配圖如圖(a)所示；7420的引腳分配圖如圖(b)所示。51第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、其他功能的二、其他功能的TTL門電路門電路 集成集成TTLTTL門電路還有門電路還有與門、或門、非門、或非門、與或非門、異或與門、或門、非門、或非門、與或非門、異或門門等不同功能的產(chǎn)品。此外，還有兩種特殊門電路等不同功能的產(chǎn)品。此外，還有兩種特殊門電路集電極開路門集電極開路門(OC(OC門門) )和三和三 態(tài)門態(tài)門(TS(TS門門) )。 (1) 非門非門 1. 幾

43、種常用的幾種常用的TTL門電路門電路52第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器(2) 或非門或非門 常用的TTL或非門集成電路芯片有2輸入4或非門7402等。 該電路邏輯功能如下：該電路邏輯功能如下： 當輸入A、B均為低電平時，T2和T2均截止，從而使T3截止，T4和D導通，輸出F為高電平； 當A端輸入高電平時，T2和T3飽和導通，T4和D截止 ，輸出F為低電平。同樣，B端輸入高電平或A、B同時輸入高電平，均使T3飽和導通，T4和D截止，F(xiàn)輸出低電平。BAF53第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器7402的引腳分配圖如下圖所示。54第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成

44、門電路與觸發(fā)器(3) 與或非門與或非門 該電路邏輯功能如下：該電路邏輯功能如下： 當A1、A2和B1、B2中均有低電平時，T2、T2和T3截止，T4和D導通，輸出F為高電平。 當A1、A2 均為高，或者B1、B2 均為高，或者A1、A2 和B1、B2 均為高時，都將使T3飽和導通，T4和D截止，輸出F為低電平。 該電路實現(xiàn)了與或非 運算功能，輸出和輸入之間滿足邏輯關(guān)系2121BBAAF55第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 常用的常用的TTL與或非門集成電路芯片與或非門集成電路芯片7451的引腳排列圖的引腳排列圖如下圖所示。如下圖所示。56第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門

45、電路與觸發(fā)器2. 兩種特殊的門電路兩種特殊的門電路 (1) 集電極開路門集電極開路門(OC門門) 集電極開路門集電極開路門(Open Collector Gate）是一種輸出端可以）是一種輸出端可以直接相互連接的特殊邏輯門，簡稱直接相互連接的特殊邏輯門，簡稱OC門。門。 OC門電路將一般門電路將一般TTL與非門電路的推拉式輸出級改為與非門電路的推拉式輸出級改為三極管集電極開路輸出，下圖給出了一個集電極開路與非門三極管集電極開路輸出，下圖給出了一個集電極開路與非門的電路結(jié)構(gòu)圖和邏輯符號。的電路結(jié)構(gòu)圖和邏輯符號。57第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 注意！集電極開路與非門只有在外

46、接負載電阻注意！集電極開路與非門只有在外接負載電阻RL和和電源電源UCC后才能正常工作。后才能正常工作。集電極開路與非門在計算機中應(yīng)用很廣泛，可以用它實現(xiàn)線與邏輯、電平轉(zhuǎn)換以及直接驅(qū)動發(fā)光二極管、干簧繼電器等。58第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 例如，下圖所示電路中，只要有一個門輸出為低電平，輸出F便為低電平；僅當兩個門的輸出均為高電平時，輸出F才為高電平。即 F=F1 F2=A1B1C1 A2B2C2 該電路實現(xiàn)了兩個與非門輸出相“與”的邏輯功能。由于該“與” 邏輯功能是由輸出端引線連接實現(xiàn)的，故稱為 線與線與 邏輯。59第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器

47、 (2) 三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門(TS門門)三態(tài)輸出門有三種輸出狀態(tài)：三態(tài)輸出門有三種輸出狀態(tài)：輸出高電平、輸出低電輸出高電平、輸出低電平和高阻狀態(tài)，前兩種狀態(tài)為工作狀態(tài)，后一種狀態(tài)為禁平和高阻狀態(tài)，前兩種狀態(tài)為工作狀態(tài)，后一種狀態(tài)為禁止狀態(tài)止狀態(tài)。簡稱三態(tài)門(Three state Gate)、TS門等。注意注意 ! 三態(tài)門不是指具有三種邏輯值。三態(tài)門不是指具有三種邏輯值。如何使電路處在工作狀態(tài)和禁止狀態(tài)？如何使電路處在工作狀態(tài)和禁止狀態(tài)？通過外加控制信號！通過外加控制信號！60第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器例如：例如：BAF該電路邏輯功能如下：該電路邏輯功能如下：EN=0

48、：二極管D反偏，此時電路功能與一般與非門無區(qū)別，輸出 ；EN=1：一方面因為T1有一個輸入端為低，使T2、T5截止。另一方面由于二極管導通，迫使T3的基極電位變低，致使T3、T4也截止。輸出F便被懸空，即處于高阻狀態(tài)。61第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 因為該電路是在EN=0時為正常工作狀態(tài)，所以稱為使能控制端低電平有效的三態(tài)與非門。該電路的邏輯符號如圖中(b)所示?？刂贫思右粋€小圓圈表示低電平有效，并將控制信號寫成 。 若某三態(tài)與非門的邏輯符號在控制端未加小圓圈，且控制信號寫成EN時，則表明電路在EN=1時為正常工作狀態(tài)，稱該三態(tài)與非門為使能控制端高電平有效的三態(tài)與非門。

49、EN62第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 當某個三態(tài)門的控制端為1時，該邏輯門的輸入數(shù)據(jù)經(jīng)反相后送至總線。 為了保證數(shù)據(jù)傳送的正確性，任意時刻，任意時刻，n個個三態(tài)門的控制端只能有一三態(tài)門的控制端只能有一個為個為1，其余均為，其余均為0，即只，即只允許一個數(shù)據(jù)端與總線接允許一個數(shù)據(jù)端與總線接通，其余均斷開，以便實通，其余均斷開，以便實現(xiàn)現(xiàn) n 個數(shù)據(jù)的分時傳送。個數(shù)據(jù)的分時傳送。 三態(tài)與非門主要應(yīng)用于總線傳送，它既可用于單向數(shù)據(jù)傳送，也可用于雙向數(shù)據(jù)傳送。63第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器如下圖所示，用兩種不同控制輸入的三態(tài)門可構(gòu)成的雙向總線。如下圖所示，

50、用兩種不同控制輸入的三態(tài)門可構(gòu)成的雙向總線。圖中：EN=1時時: G1工作，G2處于高阻狀態(tài)，數(shù)據(jù)D1被取反后送至總線；EN=0時時: G2工作，G1處于高阻狀態(tài)，總線上的數(shù)據(jù)被取反后送到數(shù)據(jù)端D2。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分時雙向傳送。64第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.3.3 CMOS3.3.3 CMOS集成邏輯門電路集成邏輯門電路MOS型集成門電路的主要優(yōu)點：制造工藝簡單、集成度優(yōu)點：制造工藝簡單、集成度高、功耗小、抗干擾能力強等；主要缺點：速度相對高、功耗小、抗干擾能力強等；主要缺點：速度相對TTL電電路較低路較低。 MOS門電路有三種類型：門電路有三種類型：使用P溝道管的P

51、MOS電路；使用N溝道管的NMOS電路；同時使用PMOS管和NMOS管的CMOS電路。相比之下，CMOS電路性能更優(yōu)電路性能更優(yōu)，是當前應(yīng)用較普遍的邏輯電路之一。下面，僅討論CMOS集成邏輯門。65第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器一、一、 CMOSCMOS反相器反相器 由一個N溝道增強型MOS管TN和一個P溝道增強型MOS管TP組成的CMOS反相器如下圖所示。 電路正常工作條件：電路正常工作條件：VDD大于大于TN管開啟電壓管開啟電壓VTN和和TP管開啟管開啟電壓電壓VTP的絕對值之和，即的絕對值之和，即 VDDVTN +|VTP|。工作原理：工作原理：vi=0V，TN截止，

52、截止，TP導通，導通，vOVDD為高電平；為高電平；vi = VDD，TN導通，導通，TP截止，截止，vO0V。實現(xiàn)了。實現(xiàn)了非非 的邏輯功能。的邏輯功能。 注意！注意！ CMOS反相器除有較好的動態(tài)特性反相器除有較好的動態(tài)特性外，由于它處在開關(guān)狀態(tài)下總有一個管外，由于它處在開關(guān)狀態(tài)下總有一個管子處于截止狀態(tài)，因而電流極小，電路子處于截止狀態(tài)，因而電流極小，電路靜態(tài)功耗很低靜態(tài)功耗很低(W數(shù)量級數(shù)量級)。66第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、二、CMOSCMOS與非門與非門由兩個串聯(lián)的NMOS管和兩個并聯(lián)的PMOS管構(gòu)成的兩輸入端的CMOS與非門電路如下圖所示。工作原理：工

53、作原理：當輸入A、B均為高電平時，TN1和TN2導通，TP1和TP2截止，輸出端F為低電平；當輸入A、B中至少有一個為低電平時，對應(yīng)的TN1 和TN2中至少有一個截止，TP1和TP2中至少有一個導通，輸出F為高電平。 該電路實現(xiàn)了該電路實現(xiàn)了“與非與非”邏輯功能邏輯功能。67第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器三、三、 CMOSCMOS或非門或非門由兩個并聯(lián)的NMOS管和兩個串聯(lián)的PMOS管構(gòu)成一個兩個輸入端的CMOS或非門電路如下圖所示。每個輸入端連接到一個NMOS管和一個PMOS管的柵極。工作原理：工作原理： 當輸入A、B均為低電平時，TN1和TN2截止，TP1和TP2導通，

54、輸出F為高電平；當輸入端A、B 中至少有一個為高電平時，則對應(yīng)的TN1、TN2中便至少有一個導通，TP1、TP2中便至少有一個截止，使輸出F為低電平。該電路實現(xiàn)了該電路實現(xiàn)了“或非或非”邏輯功能。邏輯功能。68第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器四、四、 CMOS三態(tài)門三態(tài)門EN=1 ：TN和和TP同時截止，輸出同時截止，輸出F呈高阻狀態(tài)；呈高阻狀態(tài)；EN =0 ：TN和和TP同時導通，非門同時導通，非門正常工作，實現(xiàn)的功能。正常工作，實現(xiàn)的功能。AF 下圖所示是一個低電平使能控制的三態(tài)非門，該電路是在CMOS反相器的基礎(chǔ)上增加NMOS管TN和PMOS管TP 構(gòu)成的。CMOS三態(tài)

55、門也可用于總線傳輸。三態(tài)門也可用于總線傳輸。69第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器五五. CMOS傳輸門傳輸門注意：襯底電壓對開啟電壓有一定影響，通常將TP襯底接電源，TN襯底借地。C 該電路邏輯功能如下：該電路邏輯功能如下： 當C=1(UDD)，C =0 (0V)時， Ui 在0VUDD范圍內(nèi)變化，兩管中至少有一個導通，輸入和輸出之間呈低阻狀態(tài)，相當于開關(guān)接通，輸入信號Ui能通過傳輸門。 當 C=0(0V)，C=1 (UDD)時，Ui在0VUDD范圍內(nèi)變化，兩管均處于截止狀態(tài)，輸入和輸出之間呈高阻狀態(tài)(107)，信號Ui不能通過，相當于開關(guān)斷開。 傳輸門實質(zhì)上是一種傳輸模擬信

56、號的壓控開關(guān)。傳輸門實質(zhì)上是一種傳輸模擬信號的壓控開關(guān)。 70第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 注意：注意：由于由于MOS管的結(jié)構(gòu)是對稱的，即源極和管的結(jié)構(gòu)是對稱的，即源極和漏極可以互換使用，因此，傳輸門的輸入端和輸出漏極可以互換使用，因此，傳輸門的輸入端和輸出端可以互換使用。端可以互換使用。即即MOS傳輸門具有雙向性，故又傳輸門具有雙向性，故又稱為可控雙向開關(guān)。稱為可控雙向開關(guān)。71第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 3.3.4 正邏輯和負邏輯正邏輯和負邏輯前面討論各種邏輯門電路的邏輯功能時，約定用高電平表示邏輯1、低電平表示邏輯0。事實上，既可以規(guī)定用高電

57、平表示邏輯1、低電平表示邏輯0，也可以規(guī)定用高電平表示邏輯0，低電平表示邏輯1。這就引出了正邏輯和負邏輯的概念。正邏輯：正邏輯：用高電平表示邏輯用高電平表示邏輯1，低電平表示邏輯，低電平表示邏輯0。負邏輯：負邏輯：用高電平表示邏輯用高電平表示邏輯0，低電平表示邏輯，低電平表示邏輯1。72第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二二. 正邏輯與負邏輯的關(guān)系正邏輯與負邏輯的關(guān)系 對于同一電路，可以采用正邏輯，也可以采用負邏輯。正邏輯與負邏輯的規(guī)定不涉及邏輯電路本身的結(jié)構(gòu)與性能好壞，但不同的規(guī)定可使同一電路具有不同的邏輯功能。 例如，假定某邏輯門電路的輸入、輸出電平關(guān)系如下表所示。 輸入輸

58、出電平關(guān)系輸 入輸 出ABFLHLLLLLLHHHH 按正邏輯與負邏按正邏輯與負邏輯的規(guī)定，電路的邏輯的規(guī)定，電路的邏輯功能分別如何？輯功能分別如何？73第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 若按正邏輯規(guī)定，由真值表可知，該電路是一個正邏輯的正邏輯的“與與”門門； 若按負邏輯規(guī)定，由真值表可知，該電路是一個負邏輯的負邏輯的“或或”門門。 即正邏輯與門等價于負邏輯或門即正邏輯與門等價于負邏輯或門。 正邏輯真值表正邏輯真值表輸輸 入入輸輸 出出ABF010000001111 負邏輯真值表負邏輯真值表輸 入輸 出ABF101111110000 輸入輸出電平關(guān)系輸 入輸 出ABFLHLL

59、LLLLHHHH74第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 上述邏輯關(guān)系可以用反演律證明。 假定一個正邏輯與門的輸出為F，輸入為A、B，則有F = AF = AB B 可見，若將一個邏輯門的輸出和所有輸入都反相，則正邏若將一個邏輯門的輸出和所有輸入都反相，則正邏輯變?yōu)樨撨壿?。輯變?yōu)樨撨壿?。?jù)此，可將正邏輯門轉(zhuǎn)換為負邏輯門。 根據(jù)反演律，可得根據(jù)反演律，可得BABAFBABAF在本課程中，若無特殊說明，約定按正邏輯討論問在本課程中，若無特殊說明，約定按正邏輯討論問題，所有門電路的符號均按正邏輯表示。題，所有門電路的符號均按正邏輯表示。75第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸

60、發(fā)器3.4觸發(fā)器觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中，為了構(gòu)造實現(xiàn)各種功能的邏輯電路，除了需要實現(xiàn)邏輯運算的邏輯門之外，還需要有能夠保存信息的邏輯器件。 觸發(fā)器是一種具有記憶功能的電子器件。觸發(fā)器是一種具有記憶功能的電子器件。觸發(fā)器能用來存儲一位二進制信息。集成觸發(fā)器的種類很多，分類方法也各不相同，但就其結(jié)構(gòu)而言，都是由邏都是由邏輯門加上適當?shù)姆答伨€耦合而成。輯門加上適當?shù)姆答伨€耦合而成。76第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器觸發(fā)器的特點：觸發(fā)器的特點： 有兩個互補的輸出端有兩個互補的輸出端 Q 和和 。Q 在一定輸入信號作用下，觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀在一定輸入信號作用下，觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀